(57)【要約】  本発明は、土、グラフェン及び／又は酸化グラフェンからの混合物を有する成長媒体を提供する。少なくとも１つの例では、土を単層又は数層のグラフェンと組み合わせる。別の例では土を、単層又は数層のグラフェン（グラフェンシート含む）、及び酸化グラフェンと組み合わせる。この成長媒体は、植物の成長を向上させるとともに、成長媒体通気性、水保持力の向上、並びに栄養物質担持量及び放出量の向上をもたらすことが判明している。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース材料、及び
グラフェン若しくは酸化グラフェン、又はこれらの組み合わせを含有する添加剤
を含む、成長媒体。
【請求項２】
酸化グラフェンが、約１％〜約１０％の範囲で存在する、請求項１に記載の媒体。
【請求項３】
酸化グラフェンが、約２％の量で存在する、請求項１に記載の媒体。
【請求項４】
ベース材料が土である、請求項１に記載の媒体。
【請求項５】
グラフェンが、少なくとも１種の栄養物質で飽和されている、請求項１に記載の媒体。
【請求項６】
少なくとも１種の栄養物質が、窒素、カリウム、リン、硫黄、硫酸銅、又はこれらの組み合わせである、請求項５に記載の媒体。
【請求項７】
少なくとも１種の栄養物質が、最初の期間にわたって徐々に放出されるように構成されている、請求項５に記載の媒体。
【請求項８】
根について顕著な成長を促進させる、請求項１に記載の媒体。
【請求項９】
植物の成長を強化する、請求項１に記載の媒体。
【請求項１０】
植被の成長に、虫及び病気に対して向上された耐性を付与する成長媒体であって、該成長媒体は、
ベース材料、及び
グラフェン若しくは酸化グラフェン、又はこれらの組み合わせを含有する添加剤
を含み、
グラフェンには、硫黄又は銅のうち少なくとも１種が担持されている、成長媒体。
【請求項１１】
植物を成長させる方法であって、
グラフェンに、硫黄又は銅のうち少なくとも１種を担持させること、
ベース材料を用意すること、
グラフェンをベース材料に組み込んで、成長媒体を形成すること
を含む、植物を成長させる方法。
【請求項１２】
成長場所を用意する工程、
成長場所に、成長媒体を置く工程、及び
成長媒体内に、種子又は植物を置く工程
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
酸化グラフェンを成長媒体に組み込む工程
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
酸化グラフェンの量が、約１％〜約１０％存在する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
酸化グラフェンの量が約２％である、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
グラフェンが、約１％〜約２０％の範囲で存在する、請求項１に記載の媒体。
【請求項１７】
ベース材料が、約７５％〜約９９％の範囲で存在する、請求項１に記載の媒体。
【請求項１８】
グラフェンの量が約８％である、請求項１に記載の媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
優先権主張
本願は、２０１６年７月８日に出願された米国仮特許出願第６２／３５９，９４９号の優先権を主張するものであり、その内容は、参照によってここに完全に組み込まれる。
【０００２】
本発明の態様の分野は、成長媒体、及び園芸的な努力のための方法に関し、特に、グラフェン及び／又は酸化グラフェンをある程度の含有量で有する成長媒体に関する。
【背景技術】
【０００３】
グラフェンは、二次元的な原子レベル格子の形態にある炭素の同位体であり、ここでは１個の炭素原子が、格子構造の各頂点を形成する。グラフェンには、その他の炭素同位体の基本的な構造要素（黒鉛、炭、ナノチューブ、及びフラーレン）が含まれるが、これらに限られない。グラフェンは、極めて大きな芳香族分子又は芳香族炭化水素であると考えることもできる。
【０００４】
グラフェンは多くの優れた特性を有し、これらの特性によってグラフェンは、さらなる調査、研究及び使用にとって望ましいものとなる。グラフェンは、現在知られている最も強い鋼よりも、約百倍強い。さらに、グラフェンは優れた効率で熱及び電気を伝導し、ほぼ透明である。グラフェンはまた、大きな非線形の反磁性（黒鉛よりもさらに高い）を示し、その結果、何らかの磁性体によって浮かせることすらできる。
【０００５】
酸化グラフェン（幾つかの団体では黒鉛酸化物又は石墨酸としても知られている）は、様々な比率の炭素、酸素及び水素からの化合物である。酸化グラフェンは、黒鉛を既知の様々な酸化剤で処理することにより、得ることができる。最大限酸化された生成物は、黄色い個体の形態をしており、Ｃ：Ｏの比率が約２．１〜約２．９である。このような構造であってもなお、黒鉛の層構造は保たれているが、このような構造はかなり大きな、そして不規則な間隔を有している。その結果、酸化グラフェンは大量の酸素含有官能基を有し、大きな表面積を有し、汚染物質の吸着に対して親和性を示す。よって酸化グラフェンには、汚染された土を再生し、これにより植被の成長を加速させるという実際的な用途があり得る。
【０００６】
現代の農業には、世界的な人口増加による需要を満たさなければならないという差し迫った必要性がある。農業及び農作物生産のために耕作可能な土地を、どのようにすれば最良に使用できるかを戦略化するための方法が、既に進行中である。しかしながら、これは農業が対処しなければならない多くの問題の１つに過ぎない。農産業における別の大きな必要性は、植物を持続的に成長させるコストを削減しながら、植物の成長を促進させる能力である。
【０００７】
徐放性肥料、例えば疎水性材料の薄い層でコーティングされた栄養物質により、肥料はより効率的になり、これによってその適用頻度が下がる。しかしながら、徐放性肥料にはなおも幾つかの欠点があり、それは例えば、栄養物質が主に、比較的固定された割合にあることである。
【０００８】
よって、少なくとも植物の成長を向上させるとともに、さらに媒体ろ過、栄養物質担持量及び放出量の向上、並びに水保持力の向上をもたらす成長媒体が必要とされている。本発明及びその実施態様は、これらの目的を満たし、またこれらの目的を上回るものである。
【０００９】
従来技術
米国特許出願第２０１０／０１５８６１２号は、有機化合物、例えばポリ塩化ビフェニル又はニトロ芳香族化合物によって汚染された土、堆積物又は水を改良する方法に関し、この方法は、土、堆積物又は水を黒鉛炭素及び還元剤と組み合わせることを含む。汚染物質は、水相に入る傾向が増大した物質に変換され、かつ／又は生物学的な酸化によるさらなる分解を経る。
【００１０】
国際出願第２０１３／１４７３９６号は、水処理のための土壌組成及びその使用に関する。より具体的には、土、ラジカル発生剤、及び吸着剤を含む廃水を生物学的、化学的及び物理的に処理するための土壌組成物、並びにその使用が、開示されている。この土壌組成物は、微生物的、化学的、及び物理的な処理による効果を有し得る。さらにこの土壌組成物は、相対的に安価であり、別途設備投資を必要としないため、経済的である。さらに、この土壌組成物には、処理すべき物体に応じて様々な処理方法を適用できる。
【００１１】
中国特許第１０４１１９１４９号は、コンパウンド肥料に関し、特に、酸化されたグラフェンを含有する、コーティングされた徐放性コンパウンド肥料に関する。この肥料は、以下の原材料から製造される（重量部）：１０〜１５部の１，２５０〜２，０００メッシュの珪藻土、０．１〜０．２部のジベレリン、２０〜２４部のリン酸二水素カリウム、１０〜１２部のカイコ排泄物、８〜１０部のおが屑、１５〜１８部の五酸化二リン、６〜８部のポリアスパラギン酸ナトリウム、１０〜１２部のリン酸カルシウムマグネシウム肥料、８〜１２部の泥炭土、２〜４部の硫酸第一鉄、９〜１３部のカリウムフルベート、１５〜１８部の分解された家畜堆肥、２〜４部の柿の枯葉、１〜２部のモリブデン酸ナトリウム、１０〜１２部の麦藁粉末、１〜２部の酸化されたグラフェン、３〜４部のフラクトオリゴ糖、２０〜２５部の水性ポリウレタンエマルション、１〜２部のエポキシシラン架橋剤、及び４〜５部の助剤。このコンパウンド肥料によれば、様々な原材料が使用される；多様な栄養成分が提供される；栄養成分が珪藻土によりコーティングされ、徐放性コーティング剤となり、栄養物質の損失はほとんど起こらず、肥料効率は長時間にわたり持続し、作物の収量及び作物の品質が著しく改善され、植栽による効果は、相対的に高い。
【００１２】
この分野では、様々な装置が知られている。しかしながら、そうした装置の構造及び稼働手段は、本開示のものとはかなり異なる。本発明及びその実施態様は、植物の成長を促進し、水保持力を向上させ、栄養物質の担持を可能にする、グラフェン／土成長媒体を提供する。本開示に記載されたこれらの、またその他の目的、特徴及び利点は、以下の開示及び例示的な実施態様の説明から、当業者には明らかである。
【００１３】
本発明の少なくとも１つの実施態様は、以下の図面に提示されており、これより詳細に説明する。
【発明の概要】
【００１４】
一般的に、本発明及びその実施態様は、単層又は数層のグラフェン（グラフェンシート含む）が成長媒体に組み込まれた、改善された成長媒体を提供する。幾つかの例において、成長媒体はまた、酸化グラフェンをある程度の量、含むことができる。このような成長媒体は、幾つかの特性、例えば好気性細菌に対する選択性、栄養物質をグラフェンに担持する能力、成長媒体によるほぐし又は通気性、根について顕著な成長、並びに病気及び虫に対する植物耐性を有することが判明しているが、これらに限られない。
【００１５】
この成長媒体はさらに、温度（例えば日光）をより均一に分散させるために用いることができる。それと言うのもグラフェンの熱伝導性は、温度が媒体にわたって均一に分散されるようになっているからである。成長媒体はまた、分子フィルタとして用いることもでき、これによって媒体又は周囲の水から汚染物質を除去することが補助され、汚染物質が根系を通じて植物内に吸収されることが防止される。
【００１６】
幾つかの例において成長媒体は、他の媒体内に散在していてよい。例えば、ここに記載する成長媒体と、粘土若しくはその他の材料との間での層化又は層状化を、達成することができる。このような層状化によって、水はけを促進することができ、また例えば根がグラフェン含有媒体の各層へと通過している場合には、特定の段階における根の成長向上が促進され得る。
【００１７】
本発明の１つの実施態様では、ベース材料と、グラフェン及び酸化グラフェンを含有する添加剤とを含む成長媒体が存在する。
【００１８】
本発明の別の実施態様では、植被成長に、虫及び病気に対して向上された耐性を付与するように構成された成長媒体が存在し、この成長媒体は、ベース材料と、グラフェン及び酸化グラフェンを含有する添加剤とを有するものであり、ここでグラフェンには、硫黄又は銅のうち少なくとも１種が担持されている。
【００１９】
本発明のさらに別の実施態様では、植物を成長させる方法が存在し、この方法は、グラフェンシートに硫黄又は銅のうち少なくとも１種を担持させる工程；ベース材料を用意する工程；グラフェンシートをベース材料に組み込んで、成長媒体を形成する工程を含むものである。この方法はさらに、成長場所を用意する工程；成長場所に成長媒体を置く工程；及び成長媒体内に種子又は植物を置く工程；を含むことができる。
【００２０】
本発明は一般的に、以下に述べる利点及び目的をもたらすことに成功しているが、ここに言及されたものが全てではない。
【００２１】
本発明の１つの目的は、好気性細菌に対して選択的な成長媒体を提供することである。
【００２２】
本発明の１つの目的は、ほぐし又は通気性をもたらす成長媒体を提供することである。
【００２３】
本発明の１つの目的は、根について顕著な成長を促進させる成長媒体を提供することである。
【００２４】
本発明の１つの目的は、時間とともに放出される栄養物質混合物をもたらす成長媒体を提供することである。
【００２５】
本発明の１つの目的は、昆虫忌避特性を有する葉部をもたらす成長媒体を提供することである。
【００２６】
本発明の１つの目的は、水保持力が強化された成長媒体を提供することである。
【００２７】
本発明の１つの目的は、植物の成長を促進させる成長媒体を提供することである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施態様を利用した容器における植物と、従来の成長媒体を利用したもう１つの植物とを並べて比較したものである。
【図２】本発明の実施態様を利用した容器における植物と、従来の成長媒体を利用したもう１つの植物とを並べて比較した別の例である。
【図３】従来の成長媒体を利用した容器における植物を横から見たものである。
【図４】本発明の実施態様で成長する植物の根の構造についての拡大図である。
【図５】マメコガネ（Ｊａｐａｎｅｓｅ  ｂｅｅｔｌｅ）に喰われた（食害された）トウモロコシ植物の葉を示す。
【図６】本発明の実施態様で成長するトウモロコシ植物の葉を示す。
【図７】本発明の実施態様で成長する別の植物の根の構造についての拡大図である。
【図８】本発明の成長媒体を利用した容器における植物の一部を横から見たものである。
【図９】本発明の成長媒体を利用した容器における植物の一部を横から見たものである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
これより本発明の好ましい実施態様について、図面を参照しながら説明する。異なる図面における同一の要素は、同一の参照番号で特定されている。
【００３０】
本発明の各実施態様について、これより詳細に述べる。このような実施態様は、本発明を説明するためのものに過ぎず、これらに限られることを意図しているのではない。実際に当業者であれば、本願明細書を読み、図面を見れば、実施態様について多くの変更及び変形を行うことができると分かるだろう。
【００３１】
図１は、本発明の成長媒体における植被成長と、従来の又は既知の成長媒体における植被成長とを、横に並べて比べたものである。従来の媒体での植被成長は、左側の木製の箱のものであり、本発明の媒体における植被成長は、右側の黒い容器のものである。この特定の例では、植被がトウモロコシ植物であるが、植被は実質的にあらゆる種類の植物であり得る。
【００３２】
ここでトウモロコシ植物は、太陽光への露出、水やり、栽培日数（ａｇｅ）、成長媒体などについてほぼ同じ特性を有する実生として購入したものであった。黒い容器には、本発明による媒体を充填した。幾つかの実施態様において、成長媒体は、約１％〜約２０％のグラフェン（より好ましくは約８％）、約１％〜約１０％（より好ましくは約２％）の酸化グラフェン、及び約７５％〜約９９％（より好ましくは約９０％）の従来の土又はポット用土などを有することができる。木製の箱にある別の植物には、本発明の添加剤（すなわちグラフェン／酸化グラフェン）を欠く従来の土（対照）を供給した。２つの容器それぞれからの植物を、成長媒体を除いてほぼ同じ成長条件にさらした。
【００３３】
改善された、又は強化された成長媒体を受け取ったトウモロコシ植物（右側）は、慣用的な、又は既知の媒体を受け取った植物（左側）に比べて繁茂していることが、写真から分かる。本発明の媒体を受け取った植物の方が背が高く、色合いもよく、根の構造がよりくっきりとして顕著であり、成長特性全般も改善されている。
【００３４】
図４は、本発明の成長媒体で示されるトウモロコシ植物の幾つかの顕著な根の構造についての拡大図である。ここでは、根がしっかりと張っており、節状の根系を明らかに形成し始めていることが見て取れる。トウモロコシ植物において、種子から植物が発生することは、植物が成功裏に定着したことと同義ではない。節状の根は、各節から中胚軸を超えて連続的に発生し、若い実生の領域において最も下の節で始まっている。この根系発生は、植物の健全性全般に大きく影響を与える。
【００３５】
はっきりと示されているように、節状の根系は豊富であり、生い茂っている。トウモロコシ植物は、従来の方法及び媒体と比較して改善された速度で成長しているだけではなく、トウモロコシ植物の成功にとって必要不可欠な節状の根系は、短時間で定着しており、これによって植物の長い寿命及び健全性が保証される。
【００３６】
前述のような、トウモロコシ植物で見られる成長の理由は、複数の要因の結果であり得る。例えば、本発明の成長媒体は一般的に、単層又は数層のグラフェンを有する土であり、これには、土の間に散在しているか、又は土と混合されているグラフェンシートが含まれる。さらに酸化グラフェンを、約１％〜約１０％の量で、より好ましくは約２％の量で添加することができる。
【００３７】
グラフェンの添加により、成長媒体に複数の特性がもたらされる。例えば、酸化グラフェンによって、細菌により還元可能な酸素源がもたらされ、これにより健全な好気性細菌に対して選択性の環境がもたらされる。さらに、グラフェンシートは、グラフェンシートの上に担持された栄養物質を有することができ、この栄養物質には、窒素、カリウム、リン、硫黄、硫酸銅、又はこれらの組み合わせが含まれるが、これらに限られない。これによって、成長媒体に付与すべきこれらの栄養物質について強化された量をもたらすことができ、全てが一時にというよりは、経時的に放出可能になる。よってこの成長媒体は、メンテナンス頻度が低く、自立式の肥料である。別の例では、グラフェンを別の植物性薬品若しくは殺虫剤（例えばニーム油）などと、又はこれらの幾つかの組み合わせと混合することができる。
【００３８】
グラフェンによってまた、混ぜ込まれる土をほぐすこと、又は「通気」が可能になる。これにより、根が成長媒体の層をより容易に通過できるようになるとともに、その水保持力によって、根の成長が促進される。成長媒体はさらに、異なる層の層状体を有することができる。例えば、粘土、ローム、砂などの層内に散在されている土に担持されたグラフェンの層が存在していてよく、これによって戦略的なステージで植物の成長を促進させることに役立つ。根が成長するに従って、根は様々な層（例えば砂）にぶつかり、これによって植物は成長が遅くなることがあるが、根が別のグラフェン層にぶつかると、植物の成長速度は早くなるだろう。
【００３９】
図２及び３は、従来の成長媒体及び本発明による強化された媒体を利用した植物を示す、さらなる比較写真である。図２には、強化された媒体で成長した別の植物（トウガラシ、右側）と、同じ種類の別の植物を従来の媒体で成長させたもの（左側）が示されている。ここでも、図１におけるトウモロコシ植物について述べたように、植物に対して同じ比較及びパラメータを適用可能である。さらに図３は、従来の又は慣用の成長媒体で成長した別の植物を横から見たものである。
【００４０】
図５及び６はそれぞれ順に、マメコガネによる食害を被った植物と、マメコガネの影響を受けなかった植物を示す。マメコガネは、旺盛な食欲を有すること、また葉部の食害により植物に被害を与える傾向を有することで知られており、葉脈の間にある葉質のみを多食する。マメコガネはまた、存在する場合には植物の果実も食べることがある。図５は、マメコガネによる害を示しており、このトウモロコシの葉は、マメコガネにより食害されたものである。図６で示すように本発明及びその実施態様は、食害を防止するか、又は制限することが判明している。
【００４１】
図６には、本発明の成長媒体で成長したトウモロコシ植物が示されている。このトウモロコシ植物は、本媒体で成長した場合についてここに論じたあらゆる特徴を示している。しかしながら通常は、植物の被害を防止するために、植物、特に害虫にとって魅力的な植物には、散布が必要である。図６に示した植物は、マメコガネにやられていない。植物上でのマメコガネ発生率は大きく低下し、マメコガネが植物に現れても、植物は食害されないようである。
【００４２】
よって本発明及びその実施態様は、天然の殺虫成分、忌避剤として作用する特性、又は植物免疫を増強する特性を増強するため、又は植物に組み込むための特別な用途を有し得る。マメコガネは、少なくとも以下の植物を好む：マメ類、イチゴ類、トマト類、コショウ類、ブドウ類、ホップ類、バラ類、サクランボ類、プラム類、洋ナシ類、モモ類、キイチゴ類、ブラックベリー類、トウモロコシ、エンドウマメ類、カバノキ類、ボダイジュ類、及びブルーベリー類。本発明及びその実施態様は、このような被害を防止するに際して、これらの植物に対して特定の用途に役立ち得る。
【００４３】
図７〜９は、本発明の成長媒体で成長した別の植物（イチジクの木）についての複数の写真である。図７では、根の成長を見ることができ、短い成長期間後であっても、根が成長主要部から膨らんでいる。さらに図８〜９は、この植物のその他の部分における健全な成長を示している。図８は、幾つかの葉部、及び大きく突出した幹（一般的に健全なイチジクの木の指標となる）を示している。葉部はまた、伝染病やその他の病原菌に侵されていない。さらに図９では、主要部が頑丈であり、健全である。環境又は寄生虫の被害による割れ又は兆候は無い。成長媒体は、健全で活力のある植被を産生することが判明している。
【００４４】
本発明をある程度の特定性で説明してきたが、本開示は例示的に説明されたに過ぎず、本発明の技術思想及び範囲から外れない限り、部分的な構成及び配置の詳細について多くの変更が可能であると、理解されるべきである。
【図１】
2019527057.tif 000002
【図２】
2019527057.tif 000003
【図３】
2019527057.tif 000004
【図４】
2019527057.tif 000005
【図５】
2019527057.tif 000006
【図６】
2019527057.tif 000007
【図７】
2019527057.tif 000008
【図８】
2019527057.tif 000009
【図９】
2019527057.tif 000010
【国際調査報告】
2019527057.tif 000011